FR2566221A1 - Dispositif d'assemblage mecanique et electrique pour cartes electroniques informatiques a haute integration - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF D'ASSEMBLAGE MECANIQUE ET ELECTRIQUE COMPORTE UN RECEPTACLE EN PROFILE METALLIQUE 10 DONT LA SECTION EST EN FORME DE U ET DONT LES BRANCHES RECOIVENT CHACUNE UN ENSEMBLE DE CONNECTEURS ELECTRIQUES 30, A FORCE D'INSERTION NULLE ET MUNIS D'UN DISPOSITIF DE VERROUILLAGE-DEVERROUILLAGE 31. LE FOND DU RECEPTACLE FORME UN DOSSERET ECHANGEUR THERMIQUE ET COMPORTE DES FENTES 50 PREVUES POUR RECEVOIR DES CONNECTEURS THERMIQUES. LES CARTES ELECTRONIQUES ENFICHABLES SONT PLACEES DANS CE DISPOSITIF DE RACCORDEMENT PAR GLISSEMENT DANS LES DEUX CONNECTEURS OPPOSES CORRESPONDANTS, L'ARETE DE LA CARTE PORTANT LE CONNECTEUR THERMIQUE VENANT EN BUTEE DANS LA FENTE CORRESPONDANTE DU DOSSERET; LES DEUX CONNECTEURS SONT ALORS VERROUILLES. UN CIRCUIT DE CABLAGE 20 EST SOUDE A CHAQUE ENSEMBLE DE CONNECTEURS POUR ETABLIR LES CONNEXIONS INTERCARTES. CE DISPOSITIF PEUT ETRE COMPLETE PAR DES CAPOTS METALLIQUES 70, 71 PROTEGEANT LES CARTES MERES ET PAR DES PLAQUES DE PROTECTION FERMANT LE PROFILE LATERALEMENT 74 ET AUX DEUX EXTREMITES 72, 73. APPLICATION, NOTAMMENT, A L'INTEGRATION DE SYSTEMES COMPLEXES UTILISANT DES MICROPROCESSEURS 16 OU 32 BITS.

Description

Dispositif d'assemblage mécanique et électrique pour cartes électroniques

informatiques à haute intégration.

L'invention se rapporte au domaine de la réalisation de systèmes

informatiques complexes, et plus particulièrement à un dispositif d'assem-

blage mécanique et électrique haute densité adapté à l'interconnexion de cartes électroniques à haute intégration, en particulier en environnement sévère. Les sous-ensembles électroniques et/ou informatiques complexes, ayant une architecture multiprocesseurs et multi-bus, et évoluant dans

un environnement sévère doivent satisfaire un certain nombre de con-

traintes: bonne tenue en température, bonne tenue mécanique, et égale-

ment bonne tenue aux perturbations électromagnétiques.

De plus, pour les systèmes informatiques en technologie 16 ou 32 bits multi-bus, il est nécessaire de prévoir suffisamment de points de connexion sur chacune des cartes; 400 points de connexion est l'ordre de

grandeur nécessaire pour ces types de technologies.

Enfin pour minimiser le nombre de cartes, il est intéressant de réaliser des cartes à grande densité d'intégration, et pour cela nécessaire

de prévoir l'écoulement des calories dissipées dans les composants.

Il existe actuellement des normalisations pour les formats de cartes électroniques. Cette standardisation permet une intégration et une maintenance aisées, une harmonisation des contraintes pour l'installation des sous-ensembles, une modularité assurant une interchangeabilité entre les divers sous-ensembles, et garantit un bon comportement climatique, mécanique et électrique. A titre d'exemple, le format CEN (cartes électroniques normalisées) en usage dans certains maériels de l'Armement définit des dimensions de cartes de 123 mm x 170 mm. Ce format est suffisamment petit pour que les contraintes mécaniques, tenue aux vibrations, aux secousses ou aux chocs, puissent être tenues. Mais dans la structure classique ce type de cartes ne comporte qu'un connecteur 96 points, éventuellement extensible à 144 ou 200 points mais insuffisant

pour répondre aux exigences d'une architecture 16 ou 32 bits multibus.

Un autre format utilisé pour les applications civiles, pour un calculateur DLX 32 bits par exemple, est le format dit "double europe" dans lequel les cartes ont des dimensions de 320 mm x 320 mm, et qui comportent chacune quatre connecteurs de 96 points, deux sur chacune de deux arêtes parallèles. Les cartes ayant ce format ne permettent pas de

tenir les contraintes d'environnement sévères, par exemple celles impo-

sées pour les systèmes militaires. Classiquement les connecteurs des cartes électroniques au format CEN sont connectés par l'intermédiaire de connecteurs dits "de fond de panier" placés sur un support, les cartes glissant dans des glissières orthogonales au fond du panier réceptacle. Ainsi les connecteurs de la

carte et les connecteurs de fond de panier se font face dès le positionne-

ment de la carte dans le panier. Par ailleurs les connecteurs disposés sur l'arête opposée de la carte, pour les cartes au format double europe, sont

connectés par la face avant, l'interconnexion avec l'environnement exté-

rieur étant ainsi effectué par la face avant. L'espacement des points de connexion dans ces connecteurs 96 points est 2,54 mm, l'espacement

normalisé des cartes dans le panier étant soit 12,7 mm soit 7,62 mm.

L'évacuation des calories est généralement prévue dans le cadre formant l'ossature mécanique de la carte, dont la forme est adaptée à la

dissipation nécessaire.

Ces structures connues ne permettent pas de résoudre le problème

indiqué ci-dessus. En particulier elles ne sont pas utilisables en technolo-

gie 32 bits avec au moins 400 points de connexion en tenant compte de contraintes d'environnement sévères et en offrant une haute densité d'intégration. L'invention a pour objet un dispositif d'assemblage mécanique et électrique pour cartes électroniques informatiques à haute intégration qui permette de résoudre ces problèmes dans un "petit" format classique compatible d'une intégration mécanique en coffret 1/2 ATR ou 3/4 ATR par exemple. Elle met en oeuvre à cette fin des connecteurs à haute densité, par exemple 200 points, à force d'insertion nulle, associés à des

moyens de verrouillage et à un réceptacle particulier.

Suivant l'invention un dispositif d'assemblage mécanique et élec-

trique pour cartes électroniques informatiques à haute intégration, est caractérisé en ce qu'il comporte un réceptacle monobloc profilé en forme de U dans le fond duquel est prévue au moins une fente, et dans les parois latérales duquel sont prévues des évidements recevant chacun au moins un connecteur multicontacts, dont les contacts sont répartis le long de la fente d'insertion de carte dans le connecteur, ce connecteur ayant une

force d'insertion nulle et étant associé à un dispositif de verrouillage-

déverrouillage, ce réceptacle étant destiné au raccordement de cartes électroniques ayant des pistes de contacts espacées comme les contacts des connecteurs, sur au moins une face de la carte et sur deux côtés opposés et comportant un connecteur thermique sur un troisième côté placé, en position verrouillée, dans la fente correspondante au fond du

réceptacle, le fond du réceptacle formant dosseret échangeur thermique.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa-

raîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures

annexées.

La figure 1 est un schéma synoptique d'un système multi-proces-

seurs et multi-bus auquel s'applique, à titre d'exemple, le dispositif

d'assemblage suivant l'invention.

La figure 2 est le schéma d'un réceptacle élémentaire d'un dispositif

d'assemblage suivant l'invention.

La figure 3 est le schéma d'un dispositif d'assemblage multicartes

suivant l'invention.

La figure 4 est le schéma d'une carte adaptée au dispositif

d'assemblage suivant l'invention.

Sur la figure 1, on a représenté un système multi-processeurs et

multi-bus permettant de bien comprendre l'intérêt du dispositif d'assem-

blage suivant l'invention. Ce système comporte des processeurs 16 ou 32 bits, Pi...Pn auxquels sont associées des mémoires locales M*...Mn. Un certain nombre de coupleurs CI...Cn sont associés respectivement à chacun des processeurs P1...Pn, ainsi que des opérateurs spécialisés 01...0n. Dans un sous-ensemble, d'indice i, i = 1 à n, le processeur Pi, la mémoire Mi, les coupleurs Ci, et les opérateurs spécialisés 0i sont

interconnectés par l'intermédiaire d'un bus local Bi. Par ailleurs ces sous-

ensembles sont interconnectés entre eux par l'intermédiaire d'un bus global BG, I associé à une mémoire globale MG; un circuit d'arbitrage de

bus, AR, est prévu pour régir les échanges entre les sous-ensembles.

Dans un tel système avec des micro-processeurs 32 bits, le bus global avec les connexions d'alimentation doit comporter environ 200 points; chaque unité centrale de processeur ou mémoire locale est reliée au bus global par 100 points environ. De même les sorties des processeurs, mémoires locales, coupleurs, ou opérateurs spécialisés se font également par des ensembles de 100 points, comme les entrées sorties. En conséquence, il est intéressant de prévoir des systèmes d'assemblage adaptés, permettant l'intégration éventuelle de plusieurs fonctions sur une même carte avec une haute densité d'intégration, le système d'assemblage comportant de l'ordre de 400 points de connexion pour relier une carte au bus global d'un

système ainsi qu'aux bus locaux de différents sous-ensembles.

Le dispositif d'assemblage mécanique et électrique suivant l'in-

vention est constitué d'un réceptacle auquel sont associés des cartes mères avec des moyens de protection-éventuels adapté à l'interconnexion d'éléments électroniques enfichables, ou cartes, dont les points de contact et connecteurs thermiques sont organisés d'une manière particulière,

comme il sera décrit ci-après.

Un réceptable élémentaire du dispositif d'assemblage électrique suivant l'invention est représenté sur la figure 2. Ce réceptacle 10 est destiné à recevoir, maintenir et interconnecter, un élément électronique enfichable, au moyen de deux connecteurs à force d'insertion nulle. Ce réceptable 10 est constitué d'un profilé métallique en forme de U, dont les dimensions, longueur des branches 1, hauteur du fond h et largeur e sont adaptés à la norme utilisée. Ce réceptacle est réalisé en alliage léger, AG4 par exemple, par des techniques de moulage du type au sable, en coquilles, à la cire perdue, ou par injection. Chaque branche du U comporte un évidement rectangulaire, recevant un connecteur 30, à 200 contacts et à force d'insertion nulle. La fente du connecteur est prolongée jusqu'aux extrémités des branches du U de façon que l'insertion de l'élément électronique enfichable soit faite par glissement dans les fentes, parallèlement aux branches. Une fente 50 est également prévue dans le fond du réceptacle, et est destinée à recevoir un connecteur thermique prévu dans l'élément électronique enfichable. L'épaisseur E du fond du U est suffisante pour que ce réceptacle assure la fonction de dosseret thermique. Dans le format compatible d'une intégration mécanique en coffret 1/2 ATR, les dimensions des cartes sont 123 mm x 193 mm. Dans le format compatible d'une intégration mécanique en coffret 3/4 ATR les dimensions des cartes sont 190 mm x 193 mm. La largeur utile au niveau des contacts, prise dans la dimension commune à ces deux formats, 193 mm, est de l'ordre de 140 mm. Dans un mode de réalisation de l'invention les connecteurs à force d'insertion nulle comportent donc contacts de chaque côté du connecteur, espacés de 1,27 mm, face à face ou alternés. Sur l'autre face du connecteur, les terminaisons 32, orthogonales au connecteur sont alternées au pas de 1,27 mm. Ces

terminaisons sont étamées et du type à souder sur circuit imprimé.

Les connecteurs à force d'insertion nulle 30 comportent chacun contacts comme indiqué ci-dessus, à un espacement de 1,27 mm, et fonctionnent de la manière suivante: chaque connecteur a deux positions

pour les contacts et est commandé par un dispositif de verrouillage-

déverrouillage 31. Lors de l'insertion de l'élément électronique enfichable dans les fentes du réceptacle et du connecteur, le connecteur est en position ouverte, ses contacts étant effacés dans des fentes du connecteur et, aucun effort n'est appliqué sur la piste de contacts de l'élément

électronique enfichable. Lorsque cet élément est correctement posi-

tionné, le dispositif de verrouillage-déverrouillage 31 permet en sortant

les contacts de leurs logements de les appliquer sur les pistes correspon-

dantes des fichiers de la carte, également au pas de 1,27 mm. Les contacts sont alors verrouillés dans cette position. Le passage de la position

ouverte à la position fermée s'effectue par un système de verrouillage-

déverrouillage 31 accessible à l'extrémité de chaque branche du récepta-

cle par un outillage approprié.

La figure 3 représente le système de dispositif d'assemblage suivant l'invention, avec un réceptacle multicartes. Sur cette figure les mêmes éléments que sur la figure 2 ont été désignés par les mêmes

repères. Le réceptacle 10 est destiné à recevoir, maintenir, et interconnec-

ter, un ensemble d'éléments électroniques enfichables ou cartes électroni-

ques à l'aide de connecteurs à force d'insertion nulle. Le réceptacle lui-

même est constitué d'un profilé métallique dont la section est en forme de U et dont la longueur est prévue pour recevoir un certain nombre de cartes. Chaque paroi latérale associée à une branche du U est destinée à recevoir des connecteurs à 200 contacts à force d'insertion nulle, et, comme décrit précédemment, le fond du U est réservé à l'évacuation thermique. Les parois correspondant aux branches du U profilé sont

évidées pour recevoir chacune un ensemble de connecteurs. Ces connec-

teurs peuvent être interconnectés au moyen d'un circuit de câblage pour

chaque paroi latérale, par exemple une carte mère, 20 et 21 respective-

ment, préalablement soudées à la vague à ces connecteurs. Ces cartes mères 20 et 21 sont des circuits imprimés permettant de réaliser directement les interconnexions entre cartes disposées dans un même

réceptacle multicartes. Dans un mode de réalisation préféré de l'inven-

tion, l'espacement entre les cartes prévu étant l'espacement normalisé 12, 7 mm et la largeur des connecteurs étant également voisine de

12,7 mm, l'évidement 40 du réceptacle pour le positionnement des connec-

teurs soudés à la carte mère 20 ou 21 est réalisé en une seule fois sur toute la longueur du réceptacle, ceci pour éviter de superposer plusieurs

tolérances quant au positionnement. Dans le mode de réalisation représen-

té, les connecteurs 30 dépassent du réceptacle, et leur fente d'insertion est donc accessible à l'intérieur du U, sans avoir à ménager de fente dans le réceptacle 10. Le fond du profilé métallique 10 formant réceptacle comporte des fentes 50 espacées de 12,7 mm, dans lesquelles peuvent être insérés des connecteurs thermiques prévus sur l'une des arêtes des cartes électroniques. Des barres de renfort d'alimentation 60 peuvent être prévues et soudées sur la face de la carte mère opposée à celle portant les connecteurs, et sur toute la longueur du profilé. Le réceptacle est muni d'un dispositif de verrouillage-déverrouillage 31 formé d'un élément de verrouillage-déverrouillage associé à chaque connecteur 30, et disposés le

long du receptacle.

Ce réceptacle 10 qui forme l'ossature du dispositif d'assemblage selon l'invention peut être complété par un habillage qui permet de protéger les cartes mères ainsi que les cartes filles enfichées dans le réceptacle. Pour cela des capots métalliques de protection 70 et 71 sont prévus pour les deux cartes mères portant les connecteurs. Ils sont fixés au réceptacle 10 par l'intermédiaire des barres de renfort 60 et des bords des cartes mères. Ces capots peuvent être rendus hermétiques. Les extrémités du profilé réceptacle en forme de U peuvent être fermées dans le cas d'une utilisation en baie par des flasques, ou dans le cas d'une utilisation directe par des panneaux, 72 et 73 sur la figure 3 par exemple, l'un étant éventuellement muni d'un pupitre opérationnel appliqué à l'une des extrémités et l'autre portant les prises d'interconnexion extérieures à

l'autre extrémité.

3 La face du réceptacle laissée libre pour l'introduction des cartes est fermée par une plaque 74 prenant appui sur des dosserets prévus sur le

quatrième côté des cartes pour assurer une conduction thermique supplé-

mentaire vers l'extérieur.

Une telle structure permet de prévoir que toutes les liaisons d'alimentation et de bus global seront prévues sur l'une des parois latérales du réceptacle en forme de U, la sortie bus global étant assurée par exemple dans un tel dispositif de raccordement au moyen d'un connecteur à haute densité de la carte mère supérieure réservé à cet effet, dans lequel aucune carte électronique n'est enfichée et auquel est reliée une limande blindée 80. De même, sur la face opposée, le raccordement entre les différents connecteurs est réalisé directement via la carte mère 21 en circuit imprimé pour l'interconnexion entre cartes portées par un même réceptacle. Des limandes blindées 81, 82, 83 par exemple peuvent être prévues et raccordées à certains des connecteurs à

haute densité pour réaliser les connexions d'entrée/sortie.

Du fait de la structure du réceptacle, et du fait que la dissipation des calories est assurée par un connecteur thermique relié au fond du U, plusieurs modes de refroidissement peuvent être utilisés: Le dosseret du réceptacle, c'est-à-dire le fond du U, recevant les connecteurs thermiques des cartes est le radiateur thermique naturel dans cette technologie. Les échanges thermiques peuvent s'effectuer à ce niveau soit par convection naturelle, soit par conduction (le dosseret du réceptacle étant fixé sur un échangeur thermique, ou un caléoduc, ou un échangeur à effet pelletier etc...), soit par convection forcée, le dosseret pouvant être ouvragé pour permettre le passage d'une ventilation forcée. La carte mère supérieure, associée au bus global peut permettre également comme indiqué ci-dessus

de distribuer l'alimentation sur les connecteurs de la partie supérieure.

Cette carte mère bus global, peut être réalisée par circuit imprimé multicouches. Le raccordement éventuel de ce bus vers l'extérieur est

prévu par des trous métallisés en bout de cartes permettant le raccorde-

ment d'une nappe imprimée. La carte mère bus locaux est adaptée à

chaque application.

La figure 4 représente en coupe le dispositif d'assemblage mécani-

que électrique suivant l'invention dans lequel à été insérée une carte

& électronique. La carte 100 comporte une zone utile centrale, un connec-

teur thermique 55 pour insertion dans une fente 50 du dosseret du réceptacle, deux fichiers de 200 points chacun implantés dans deux zones de la carte 35 situées sur deux côtés opposés et constituant la zone de guidage: les pistes de connexion sont déposées par photogravure, au pas de 1,27 mm. Les deux parois latérales du dispositif sont symétriques mais on a représenté dans le haut de la figure 4 la partie connecteur 30 et dans le bas de la figure la partie carte avec ses pistes de contact dans la zone 35. Un dosseret supplémentaire est disposé sur le quatrième côté de

la carte. Comrnme indiqué ci-dessus, en format compatible d'une intégra-

tion mécanique en coffret 1/2 ATR les dimensions hors tout de la carte peuvent être 80 mm x 190 mm. Ce format de carte permet l'implantation par face de 30 boîtiers conventionnels 14 ou 16 broches, ou 60 boîtiers de type "chip carrier", ou encore 100 à 120 puces hybridées. En format compatible d'une intégration mécanique en coffret 3/4 ATR c'est-à-dire 145 x 190 mm, une telle carte permet l'implantation par face de 60 boîtiers convertionnels 14 ou 16 broches, ou 120 boîtiers de type chip carrier. Ce format permet également l'implantation de puces hybridées au moyen de supports adaptés. Les puissances dissipées envisagées peuvent être de l'ordre de 20 watts pour un substrat céramique, 15 watts pour un

substrat colaminé, ou 10 watts pour un substrat en verre époxy.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. En particulier, la valeur indiquée pour le pas des connecteurs, 1,27 mm, a été choisie moitié du pas habituel 2,54 mm. Mais cette valeur n'est pas limitative et des valeurs voisines permettant de conserver le même ordre de grandeur pour le nombre de points de connexion pourraient également être choisies. De même le nombre de points de connexion, 400, n'est pas limitatif. Il a été indiqué pour permettre de garder quelques points de connexion supplémentaires en plus des points nécessaires dans un système 32 bits. De plus les connecteurs décrits, ayant des contacts de

chaque côté de la fente d'insertion sont adaptés aux cartes double face.

Mais des connecteurs adaptés à des cartes simple face, comportant des contacts d'un seul côté de la fente d'insertion peuvent également être utilisés. D'autre part, le connecteur thermique peut également être utilisé pour augmenter, au delà de 400 points, la capacité de raccordement d'une carte électronique (par exemple bus alimentation, masses électriques et mécaniques etc...) Par ailleurs, le dispositif d'assemblage mécanique et électrique a été décrit ci-dessus comme comportant autant de connecteurs que peut en contenir l'évidement prévu dans les parois latérales du réceptacle. En pratique, cette configuration peut être adaptée à la configuration de

l'application, et certains des connecteurs prévus à l'espacement élémen-

taire peuvent être supprimés, par exemple lorsqu'un sous-ensemble est câblé en double épaisseur et occupe deux espaces élémentaires. Il serait aussi possible pour bien maintenir mécaniquement un sous-ensemble comportant deux cartes de prévoir un connecteur dans lequel les contacts

électriques ne seraient pas utilisés.

Le dispositif d'assemblage mécanique et électrique suivant l'in-

vention, qui assure simultanément la tenue mécanique et les connexions électriques, est particulièrement bien adaptable, du fait de la possibilité de séparation physique du câblage entre le bus global et les bus locaux, et du

fait des larges possibilités d'extension par la banalisation du câblage.

Ce dispositif d'assemblage peut accueillir tous les types de cartes simple ou double face: cartes classiques avec des composants standards, cartes "Chip carrier", carte de circuits hybrides, ou cartes utilisant des

composants issus de technologies différentes.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif cd'assemblage mécanique et électrique pour cartes électroniques informatiqueBà haute intégration, caractérisé en ce qu'il comporte un réceptacle monobloc (10), profilé en forme de U dans le fond duquel est prévue au moins une fente (50) et dans les parois latérales duquel sont prévues des évidements recevant chacun au moins un connecteur multicontacts (30) dont les contacts sont répartis le long de la fente d'insertion de carte dans le connecteur, ce connecteur ayant une force

d'insertion nulle et étant associé à un dispositif de verrouillage-

déverrouillage (31), ce réceptacle étant destiné au raccordement de cartes électroniques ayant des pistes de contacts espacées comme les contacts des connecteurs sur au moins une face de la carte et sur deux côtés opposés et comportant un connecteur thermique sur un troisième côté placé, en position verrouillée, dans la fente (50) correspondante au fond du réceptacle, le fond du réceptacle (10) formant dosseret échangeur

thermique.

2. Dispositif selon la revendication 1, pour des cartes de 190 mm de longueur, format compatible d'une intégration mécanique en coffret 1/2 ATR ou 3/4 ATR, caractérisé en ce que les connecteurs sont des connecteurs à 200 points de contact ayant 100 points de chaque côté de la

fente d'insertion de carte, espacés de 1,27 mm.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en

ce que pour un réceptacle multi-cartes comportant un ensemble de connecteurs, un circuit de câblage (20, 21) auquel sont directement soudées les terminaisons externes des connecteurs correspondants est rapporté sur les parois latérales externes du réceptacle (10)

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les circuits de câblage sont des cartes mères (20, 21) portant en circuit imprimé les liaisons entre connecteurs fixés à une même paroi latérale du réceptacle.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un habillage amovible (70, 71) est prévu pour protéger les cartes mères (20,

21) tout en laissant accessibles ces cartes pour d'éventuels tests.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que des barres de renfort d'alimentation (60) sont placées sur les quatre arêtes du profilé entre la carte mère et l'habillage constitué de deux plaques de protection (70, 71), chacune rapportée sur une carte mère (20, 21) via deux des barres de renfort.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes pour des

cartes comportant sur le côté opposé au connecteur thermique un dosseret d'échange thermique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une plaque (74) fermant le U et susceptible de s'appuyer sur les dosserets des cartes

pour assurer également une conduction thermique vers l'extérieur.

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le connecteur thermique comporte également des contacts électriques pour

augmenter la capacité de raccordement d'une carte électronique.